函数及方程思想在数列中应用

典例4 [2015·高考]设等差数列{a n }的公差为d ，前n 项和为S n ，等比数列{b n }的公比为q ，已知b 1＝a 1，b 2＝2，q ＝d ，S 10＝100.(1)求数列{a n }，{b n }的通项公式；(2)当d >1时，记c n ＝a nb n，求数列{c n }的前n 项和T n .[解] (1)由题意有，⎩⎪⎨⎪⎧10a 1＋45d ＝100，a 1d ＝2，即⎩⎪⎨⎪⎧2a 1＋9d ＝20，a 1d ＝2，解得{ a 1＝1，d ＝2或⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝9，d ＝29.故⎩⎪⎨⎪⎧a n ＝2n －1，b n ＝2n －1或⎩⎪⎨⎪⎧a n ＝192n ＋79，b n＝9·⎝ ⎛⎭⎪⎫29n －1.(2)由d >1，知a n ＝2n －1，b n ＝2n －1，故c n ＝2n －12n －1，于是T n ＝1＋32＋522＋723＋924＋…＋2n －12n －1，①12T n ＝12＋322＋523＋724＋925＋…＋2n －12n .② ①－②可得12T n ＝2＋12＋122＋…＋12n －2－2n －12n ＝3－2n ＋32n ， 故T n ＝6－2n ＋32n －1.数列问题函数(方程)化法数列问题函数(方程)化法形式结构与函数(方程)类似，但要注意数列问题中n的取值围为正整数，涉及的函数具有离散性特点，其一般解题步骤是：第一步：分析数列式子的结构特征．第二步：根据结构特征构造“特征”函数(方程)，转化问题形式．第三步：研究函数性质．结合解决问题的需要研究函数(方程)的相关性质，主要涉及函数单调性与最值、值域问题的研究．第四步：回归问题．结合对函数(方程)相关性质的研究，回归问题．【针对训练4】[2016·东城模拟]已知数列{a n}是各项均为正数的等差数列．(1)若a 1＝2，且a 2，a 3，a 4＋1成等比数列，求数列{a n }的通项公式a n ；(2)在(1)的条件下，数列{a n }的前n 项和为S n ，设b n ＝1S n ＋1＋1S n ＋2＋…＋1S 2n，若对任意的n ∈N *，不等式b n ≤k 恒成立，数k 的最小值．解 (1)因为a 1＝2，a 23＝a 2·(a 4＋1)，又因为{a n }是正项等差数列，故公差d ≥0，所以(2＋2d )2＝(2＋d )(3＋3d )， 解得d ＝2或d ＝－1(舍去)， 所以数列{a n }的通项公式a n ＝2n . (2)因为S n ＝n (n ＋1)，b n ＝1S n ＋1＋1S n ＋2＋…＋1S 2n＝1n ＋1n ＋2＋1n ＋2n ＋3＋…＋12n 2n ＋1＝1n ＋1－1n ＋2＋1n ＋2－1n ＋3＋…＋12n －12n ＋1 ＝1n ＋1－12n ＋1＝n 2n 2＋3n ＋1 ＝12n ＋1n＋3，令f (x )＝2x ＋1x(x ≥1)，则f ′(x )＝2－1x2，当x ≥1时，f ′(x )>0恒成立，所以f (x )在[1，＋∞)上是增函数， 故当x ＝1时，f (x )min ＝f (1)＝3，即当n ＝1时，(b n )max ＝16，要使对任意的正整数n ，不等式b n ≤k 恒成立，则须使k ≥(b n )max＝16， 所以实数k 的最小值为16.数列1．等差数列通项公式：a n ＝a 1＋(n －1)d.2．等差数列前n 项和公式：S n ＝n a 1＋a n 2＝na 1＋n n －1d2.3．等比数列通项公式：a n ＝a 1·q n －1. 4．等比数列前n 项和公式： S n＝⎩⎪⎨⎪⎧na 1q ＝1，a11－q n 1－q ＝a 1－a n q1－qq≠1.5．等差中项公式：2a n ＝a n －1＋a n ＋1(n ∈N *，n ≥2)．6．等比中项公式：a 2n ＝a n －1a n ＋1(n ∈N *，n ≥2)．7．数列{a n }的前n 项和与通项a n 之间的关系：a n ＝⎩⎪⎨⎪⎧S 1，n ＝1，S n －S n －1，n ≥2.[重要结论]1．通项公式的推广：等差数列中，a n ＝a m ＋(n －m )d ；等比数列中，a n ＝a m ·q n －m .2．增减性：(1)等差数列中，若公差大于零，则数列为递增数列；若公差小于零，则数列为递减数列．(2)等比数列中，若a 1>0且q >1或a 1<0且0<q <1，则数列为递增数列；若a 1>0且0<q <1或a 1<0且q >1，则数列为递减数列．3．等差数列{a n}中，S n为前n项和．S n，S2n－S n，S3n－S2n，…仍成等差数列；等比数列{b n} 中，T n为前n项和．T n，T2n－T n，T3n－T2n，…一般仍成等比数列．[失分警示]1．忽视等比数列的条件：判断一个数列是等比数列时，忽视各项都不为零的条件．2．漏掉等比中项：正数a，b的等比中项是±ab，容易漏掉－ab.3．忽略对等比数列的公比的讨论：应用等比数列前n项和公式时应首先讨论公式q是否等于1.4．a n－a n－1＝d或a na n－1＝q中注意n的围限制．5．易忽略公式a n＝S n－S n－1成立的条件是n≥2.6．证明一个数列是等差或等比数列时，由数列的前n项和想当然得到数列的通项公式，易出错，必须用定义证明．7．等差数列的单调性只取决于公差d的正负，而等比数列的单调性既要考虑公比q，又要考虑首项a1的正负.考点数列的概念、表示方法及递推公式典例示法典例 1 (1)已知正项数列{a n }满足a 1＝1，(n ＋2)a 2n ＋1－(n ＋1)a 2n ＋a n a n ＋1＝0，则它的通项公式为( )A ．a n ＝1n ＋1B ．a n ＝2n ＋1C ．a n ＝n ＋12D ．a n ＝n[解析] 由(n ＋2)a 2n ＋1－(n ＋1)a 2n ＋a n a n ＋1＝0，得[(n ＋2)a n ＋1－(n ＋1)a n ](a n ＋1＋a n )＝0， 又a n >0，所以(n ＋2)a n ＋1＝(n ＋1)a n ，即a n ＋1a n ＝n ＋1n ＋2，a n ＋1＝n ＋1n ＋2a n ， 所以a n ＝nn ＋1·n －1n ·…·23a 1＝2n ＋1a 1(n ≥2)，所以a n ＝2n ＋1(n ＝1适合)，于是所求通项公式为a n ＝2n ＋1.[答案] B(2)[2015·高考]设数列{a n }满足a 1＝1，且a n ＋1－a n ＝n ＋1(n ∈N *)，则数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n 前10项的和为______．[解析] 由a 1＝1，且a n ＋1－a n ＝n ＋1(n ∈N *)得，a n ＝a 1＋(a 2－a 1)＋(a 3－a 2)＋…＋(a n －a n －1)＝1＋2＋3＋…＋n ＝n n ＋12，则1a n ＝2n n ＋1＝2⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋1，故数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n 前10项的和S 10＝2⎝⎛ 1－12＋12－⎭⎪⎫13＋…＋110－111＝2⎝⎛⎭⎪⎫1－111＝2011. [答案] 2011典例2 [2015·全国卷Ⅰ]S n为数列{a n}的前n项和，已知a n>0，a2n＋2a n＝4S n＋3.(1)求{a n}的通项公式；(2)设b n＝1a n a n＋1，求数列{b n}的前n项和．[解](1)由a2n＋2a n＝4S n＋3，可知a2n＋1＋2a n＋1＝4S n＋1＋3.可得a2n＋1－a2n＋2(a n＋1－a n)＝4a n＋1，即2(a n＋1＋a n)＝a2n＋1－a2n＝(a n＋1＋a n)(a n＋1－a n)．由于a n>0，可得a n＋1－a n＝2.又a21＋2a1＝4a1＋3，解得a1＝－1(舍去)或a1＝3.所以{a n}是首项为3，公差为2的等差数列，通项公式为a n＝2n ＋1.(2)由a n＝2n＋1可知b n＝1a n a n＋1＝12n＋12n＋3＝12⎝⎛⎭⎪⎫12n＋1－12n＋3.设数列{b n}的前n项和为T n，则T n＝b1＋b2＋…＋b n＝12⎣⎢⎡⎝⎛⎭⎪⎫13－15＋⎝⎛⎭⎪⎫15－17＋…＋⎝⎛12n＋1－⎦⎥⎥⎤⎭⎪⎫12n＋3＝n32n＋3.求数列通项公式的常见类型及方法(1)归纳猜想法：已知数列的前几项，求数列的通项公式，可采用归纳猜想法．(2)已知S n 与a n 的关系，利用a n ＝⎩⎪⎨⎪⎧S 1，n ＝1，S n －S n －1，n ≥2，求a n .(3)累加法：数列递推关系形如a n ＋1＝a n ＋f (n )，其中数列{f (n )}前n 项和可求，这种类型的数列求通项公式时，常用累加法(叠加法)．(4)累乘法：数列递推关系形如a n ＋1＝g (n )a n ，其中数列{g (n )}前n 项可求积，此数列求通项公式一般采用累乘法(叠乘法)．(5)构造法：①递推关系形如a n ＋1＝pa n ＋q (p ，q 为常数)可化为a n ＋1＋qp －1＝p ⎝ ⎛⎭⎪⎫a n ＋q p －1(p ≠1)的形式，利用⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n ＋q p －1是以p 为公比的等比数列求解；②递推关系形如a n ＋1＝pa n a n ＋p (p 为非零常数)可化为1a n ＋1－1a n ＝1p的形式．考点等差、等比数列的运算典例示法题型1 等差、等比数列的基本运算典例 3 [2015·全国卷Ⅱ]已知等比数列{a n }满足a 1＝14，a 3a 5＝4(a 4－1)，则a 2＝( )A ．2B ．1 C.12D.18[解析] 设等比数列{a n }的公比为q ，a 1＝14，a 3a 5＝4(a 4－1)，由题可知q ≠1，则a 1q 2×a 1q 4＝4(a 1q 3－1)，∴116×q 6＝4⎝ ⎛⎭⎪⎫14×q 3－1， ∴q 6－16q 3＋64＝0，∴(q 3－8)2＝0，∴q 3＝8，∴q ＝2， ∴a 2＝12，故选C.[答案] C题型2 等差、等比数列性质的运算典例4 [2016·全国卷Ⅰ]设等比数列{a n }满足a 1＋a 3＝10，a 2＋a 4＝5，则a 1a 2…a n 的最大值为________．[解析] 设{a n }的公比为q ，由a 1＋a 3＝10，a 2＋a 4＝5得a 1＝8，q ＝12，则a 2＝4，a 3＝2，a 4＝1，a 5＝12，所以a 1a 2…a n ≤a 1a 2a 3a 4＝64. [答案] 641．等差(比)数列基本运算中的关注点(1)基本量在等差(比)数列中，首项a1和公差d(公比q)是两个基本量．(2)解题思路①求公差d(公比q)：常用公式a n＝a m＋(n－m)d(a n＝a m q n－m)；②列方程组：若条件与结论的联系不明显时，常把条件转化为关于a1和d(q)的方程组求解，但要注意消元及整体计算，以减少计算量．2．等差(比)数列的性质盘点考点等差、等比数列的判断与证明典例示法典例5 [2014·全国卷Ⅰ]已知数列{a n}的前n项和为S n，a1＝1，a n≠0，a n a n＋1＝λS n－1，其中λ为常数．(1)证明：a n＋2－a n＝λ；(2)是否存在λ，使得{a n}为等差数列？并说明理由．[解](1)证明：由题设，a n a n＋1＝λS n－1，a n＋1a n＋2＝λS n＋1－1，两式相减得a n＋1(a n＋2－a n)＝λa n＋1.因为a n＋1≠0，所以a n＋2－a n＝λ.(2)由题设，a1＝1，a1a2＝λS1－1，可得a2＝λ－1，由(1)知，a3＝λ＋1.若{a n}为等差数列，则2a2＝a1＋a3，解得λ＝4，故a n＋2－a n＝4.由此可得{a2n－1}是首项为1，公差为4的等差数列，a2n－1＝4n－3；{a2n}是首项为3，公差为4的等差数列，a2n＝4n－1.所以a n＝2n－1，a n＋1－a n＝2.因此存在λ＝4，使得数列{a n}为等差数列．在本例题(2)中是否存在λ，使得{a n}为等比数列？并说明理由．解由题设可知a1＝1，a1a2＝λS1－1，得a2＝λ－1，由(1)知a3＝λ＋1，若{a n}为等比数列，则a22＝a1a3，即(λ－1)2＝λ＋1，解得λ＝0或λ＝3.当λ＝0时，a n a n＋1＝－1，又a1＝1，所以a2＝－1，a3＝1，…，a n＝(－1)n－1，所以数列{a n}为首项为1，公比为－1的等比数列；当λ＝3时，a1＝1，a2＝2，a3＝4，故可令a n＝2n－1，则a n a n＋1＝22n－1.λS n－1＝3·2n－4，易得a n a n＋1与λS n－1不恒相等，与已知条件矛盾．综上可知，存在λ＝0，使得{a n}为等比数列．1．等差数列的判定方法(1)证明一个数列{a n }为等差数列的基本方法有两种 ①利用等差数列的定义证明，即证明a n ＋1－a n ＝d (n ∈N *)； ②利用等差中项证明，即证明a n ＋2＋a n ＝2a n ＋1(n ∈N *)． (2)解选择、填空题时，亦可用通项或前n 项和直接判断 ①通项法：若数列{a n }的通项公式为n 的一次函数，即a n ＝An ＋B ，则{a n }是等差数列．②前n 项和法：若数列{a n }的前n 项和S n 是S n ＝An 2＋Bn 的形式(A ，B 是常数)，则{a n }是等差数列．2．等比数列的判定方法(1)定义法：若a n ＋1a n ＝q (q 为非零常数)或a na n －1＝q (q 为非零常数且n ≥2)，则{a n }是等比数列．(2)中项公式法：若数列{a n }中，a n ≠0且a 2n ＋1＝a n ·a n ＋2(n ∈N *)，则数列{a n }是等比数列．(3)通项公式法：若数列通项公式可写成a n ＝c ·q n (c ，q 均是不为0的常数，n ∈N *)，则{a n }是等比数列．(4)前n 项和公式法：若数列{a n }的前n 项和S n ＝k ·q n －k (k 为常数且k ≠0，q ≠0,1)，则{a n }是等比数列．提醒：若判断一个数列不是等差(等比)数列，则只需说明前三项不是等差(等比)数列即可．针对训练[2016·统测]在数列{a n }中，a 1＝35，a n ＋1＝2－1a n ，设b n ＝1a n －1，数列{b n }的前n 项和是S n .(1)证明数列{b n }是等差数列，并求S n ； (2)比较a n 与S n ＋7的大小．解 (1)证明：∵b n ＝1a n －1，a n ＋1＝2－1a n ，∴b n ＋1＝1a n ＋1－1＝1a n －1＋1＝b n ＋1，∴b n ＋1－b n ＝1，∴数列{b n }是公差为1的等差数列． 由a 1＝35，b n ＝1a n －1得b 1＝－52，∴S n ＝－5n 2＋n n －12＝n 22－3n .(2)由(1)知：b n ＝－52＋n －1＝n －72.由b n ＝1a n －1得a n ＝1＋1b n＝1＋1n －72.∴a n －S n －7＝－n 22＋3n －6＋1n －72. ∵当n ≥4时，y ＝－n 22＋3n －6是减函数，y ＝1n －72也是减函数， ∴当n ≥4时，a n －S n －7≤a 4－S 4－7＝0.又∵a 1－S 1－7＝－3910<0，a 2－S 2－7＝－83<0，a 3－S 3－7＝－72<0，∴∀n ∈N *，a n －S n －7≤0，∴a n ≤S n ＋7.[全国卷高考真题调研]1．[2016·全国卷Ⅰ]已知等差数列{a n}前9项的和为27，a10＝8，则a100＝( )A．100 B．99C．98 D．97答案 C解析设等差数列{a n}的公差为d，因为{a n}为等差数列，且S9＝9a5＝27，所以a5＝3.又a10＝8，解得5d＝a10－a5＝5，所以d＝1，所以a100＝a5＋95d＝98，选C.2．[2015·全国卷Ⅱ]已知等比数列{a n}满足a1＝3，a1＋a3＋a5＝21，则a3＋a5＋a7＝( )A．21 B．42C．63 D．84答案 B解析由于a1(1＋q2＋q4)＝21，a1＝3，所以q4＋q2－6＝0，所以q2＝2(q2＝－3舍去)，所以a3＝6，a5＝12，a7＝24，所以a3＋a5＋a7＝42，故选B.3．[2016·全国卷Ⅲ]已知数列{a n}的前n项和S n＝1＋λa n，其中λ≠0.(1)证明{a n}是等比数列，并求其通项公式；(2)若S 5＝3132，求λ.解 (1)证明：由题意得a 1＝S 1＝1＋λa 1，故λ≠1，a 1＝11－λ，a 1≠0.由S n ＝1＋λa n ，S n ＋1＝1＋λa n ＋1得a n ＋1＝λa n ＋1－λa n ，即a n ＋1(λ－1)＝λa n .由a 1≠0，λ≠0且λ≠1得a n ≠0，所以a n ＋1a n ＝λλ－1.因此{a n }是首项为11－λ，公比为λλ－1的等比数列，于是a n ＝11－λ⎝ ⎛⎭⎪⎫λλ－1n －1. (2)由(1)得S n ＝1－⎝ ⎛⎭⎪⎫λλ－1n.由S 5＝3132得1－⎝ ⎛⎭⎪⎫λλ－15＝3132，即⎝ ⎛⎭⎪⎫λλ－15＝132. 解得λ＝－1.[其它省市高考题借鉴]4．[2016·高考]已知{a n }为等差数列，S n 为其前n 项和．若a 1＝6，a 3＋a 5＝0，则S 6＝________.答案 6解析 设等差数列{a n }的公差为d ，由已知得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝6，2a 1＋6d ＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝6，d ＝－2，所以S 6＝6a 1＋12×6×5d ＝36＋15×(－2)＝6.5．[2015·高考]设数列{a n }的前n 项和为S n ，n ∈N *，已知a 1＝1，a 2＝32，a 3＝54，且当n ≥2时，4S n ＋2＋5S n ＝8S n ＋1＋S n －1.(1)求a 4的值；(2)证明：⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n ＋1－12a n 为等比数列；(3)求数列{a n }的通项公式． 解 (1)∵4S n ＋2＋5S n ＝8S n ＋1＋S n －1， ∴n ＝2时，4S 4＋5S 2＝8S 3＋S 1，∴4(a 1＋a 2＋a 3＋a 4)＋5(a 1＋a 2)＝8(a 1＋a 2＋a 3)＋a 1，∴4×⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋32＋54＋a 4＋5×⎝⎛⎭⎪⎫1＋32＝8×( 1＋32＋54 )＋1，解得a 4＝78.(2)证明：∵n ≥2时，4S n ＋2＋5S n ＝8S n ＋1＋S n －1，∴4(S n ＋2－S n ＋1)－2(S n ＋1－S n )＝2[(S n ＋1－S n )－12(S n －S n －1) ]，∴(S n ＋2－S n ＋1)－12(S n ＋1－S n )＝12[(S n ＋1－S n )－12(S n －S n －1) ]，∴a n ＋2－12a n ＋1＝12⎝ ⎛⎭⎪⎫a n ＋1－12a n .又a 3－12a 2＝12⎝⎛⎭⎪⎫a 2－12a 1，∴⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n ＋1－12a n 是首项为1，公比为12的等比数列．(3)由(2)知⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n ＋1－12a n 是首项为1，公比为12的等比数列，∴a n ＋1－12a n ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12n －1，两边同乘以2n ＋1得，a n ＋1·2n ＋1－a n ·2n ＝4. 又a 2·22－a 1·21＝4，∴{a n ·2n }是首项为2，公差为4的等差数列， ∴a n ·2n ＝2＋4(n －1)＝2(2n －1)， ∴a n ＝22n －12n ＝2n －12n －1.一、选择题1．[2015·高考]在等差数列{a n }中，若a 2＝4，a 4＝2，则a 6＝( ) A ．－1 B ．0 C ．1 D ．6答案 B解析 设数列{a n }的公差为d ，由a 4＝a 2＋2d ，a 2＝4，a 4＝2，得2＝4＋2d ，d ＝－1，∴a 6＝a 4＋2d ＝0.故选B.2．[2016·四校联考]等比数列{a n }的前n 项和为S n ，若公比q >1，a 3＋a 5＝20，a 2a 6＝64，则S 5＝( )A ．31B ．36C ．42D ．48答案 A解析 由等比数列的性质，得a 3a 5＝a 2a 6＝64，于是由⎩⎪⎨⎪⎧a 3＋a 5＝20，a 3a 5＝64，且公比q >1，得a 3＝4，a 5＝16，所以⎩⎪⎨⎪⎧a 1q 2＝4，a 1q 4＝16，解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝1，q ＝2q ＝－2舍，所以S 5＝1×1－251－2＝31，故选A.3．[2016·统考]设S n 是等比数列{a n }的前n 项和，若S 4S 2＝3，则S 6S 4＝( )A ．2 B.73 C.310 D ．1或2答案 B解析 设S 2＝k ，S 4＝3k ，由数列{a n }为等比数列，得S 2，S 4－S 2，S 6－S 4为等比数列，∴S 2＝k ，S 4－S 2＝2k ，S 6－S 4＝4k ，∴S 6＝7k ，S 4＝3k ，∴S 6S 4＝7k 3k ＝73，故选B.4．[2015·高考]已知{a n }是等差数列，公差d 不为零，前n 项和是S n .若a 3，a 4，a 8成等比数列，则( )A ．a 1d >0，dS 4 >0B ．a 1d <0，dS 4<0C ．a 1d >0，dS 4<0D ．a 1d <0，dS 4>0答案 B解析 由a 24＝a 3a 8，得(a 1＋2d )(a 1＋7d )＝(a 1＋3d )2，整理得d (5d ＋3a 1)＝0，又d ≠0，∴a 1＝－53d ，则a 1d ＝－53d 2<0，又∵S 4＝4a 1＋6d＝－23d ，∴dS 4＝－23d 2<0，故选B.5．正项等比数列{a n }满足：a 3＝a 2＋2a 1，若存在a m ，a n ，使得a m ·a n＝16a 21，m ，n ∈N *，则1m ＋9n的最小值为( )A ．2B ．16 C.114 D.32答案 C解析 设数列{a n }的公比为q ，a 3＝a 2＋2a 1⇒q 2＝q ＋2⇒q ＝－1(舍)或q ＝2，∴a n ＝a 1·2n －1，a m ·a n ＝16a 21⇒a 21·2m ＋n －2＝16a 21⇒m ＋n ＝6，∵m ，n ∈N *，∴(m ，n )可取的数值组合为(1,5)，(2,4)，(3,3)，(4,2)，(5,1)，计算可得，当m ＝2，n ＝4时，1m ＋9n 取最小值114.6．[2016·质量监测]设数列{a n }的前n 项和为S n ，且a 1＝a 2＝1，{nS n ＋(n ＋2)a n }为等差数列，则a n ＝( )A.n2n －1 B.n ＋12n －1＋1C.2n －12n －1D.n ＋12n ＋1答案 A解析 设b n ＝nS n ＋(n ＋2)a n ，则b 1＝4，b 2＝8，{b n }为等差数列，所以b n ＝4n ，即nS n ＋(n ＋2)a n ＝4n ，S n ＋⎝⎛⎭⎪⎫1＋2n a n ＝4.当n ≥2时，S n －S n －1＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋2n a n －⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋2n －1a n －1＝0，所以2n ＋1na n ＝n ＋1n －1a n －1，即2·a n n ＝a n －1n －1，又因为a 11＝1，所以⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n n 是首项为1，公比为12的等比数列，所以a n n ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12n －1(n ∈N *)，a n ＝n 2n －1(n ∈N *)，故选A.二、填空题7．[2015·高考]在等差数列{a n }中，若a 3＋a 4＋a 5＋a 6＋a 7＝25，则a 2＋a 8＝________.答案 10解析 利用等差数列的性质可得a 3＋a 7＝a 4＋a 6＝2a 5，从而a 3＋a 4＋a 5＋a 6＋a 7＝5a 5＝25，故a 5＝5，所以a 2＋a 8＝2a 5＝10.8．[2016·质检]设数列{a n }的前n 项和为S n ，且a 1＝1，a n ＋1＝2S n＋3，则S 4＝________.答案 66解析 依题a n ＝2S n －1＋3(n ≥2)，与原式作差得，a n ＋1－a n ＝2a n ，n ≥2，即a n ＋1＝3a n ，n ≥2，可见，数列{a n }从第二项起是公比为3的等比数列，a 2＝5，所以S 4＝1＋5×1－331－3＝66.9．[2016·统考]在数列{a n }中，a n >0，a 1＝12，如果a n ＋1是1与2a n a n ＋1＋14－a 2n 的等比中项，那么a 1＋a 222＋a 332＋a 442＋…＋a 1001002的值是________．答案 100101解析 由题意可得，a2n ＋1＝2a n a n ＋1＋14－a 2n⇒(2a n ＋1＋a n a n ＋1＋1)(2a n ＋1－a n a n ＋1－1)＝0，又a n >0，∴2a n ＋1－a n a n ＋1－1＝0，又2－a n ≠0，∴a n ＋1＝12－a n ⇒a n ＋1－1＝a n －12－a n ，又可知a n ≠1，∴1a n ＋1－1＝1a n －1－1，∴⎩⎨⎧⎭⎬⎫1a n －1是以1a 1－1为首项，－1为公差的等差数列，∴1a n －1＝112－1－(n －1)＝－n －1⇒a n ＝nn ＋1⇒a n n 2＝1n n ＋1＝1n －1n ＋1，∴a 1＋a 222＋a 332＋a 442＋…＋a 1001002＝1－12＋12－13＋13－14＋14－15＋…＋1100－1101＝100101. 三、解答题10．[2016·质检]已知数列{a n }是等比数列，S n 为数列{a n }的前n 项和，且a 3＝3，S 3＝9.(1)求数列{a n }的通项公式；(2)设b n ＝log 23a 2n ＋3，且{b n }为递增数列，若c n ＝4b n ·b n ＋1，求证：c 1＋c 2＋c 3＋…＋c n <1.解 (1)设该等比数列的公比为q ，则根据题意有3·⎝⎛⎭⎪⎫1＋1q ＋1q 2＝9，从而2q 2－q －1＝0，解得q ＝1或q ＝－12.当q ＝1时，a n ＝3；当q ＝－12时，a n ＝3·⎝ ⎛⎭⎪⎫－12n －3.(2)证明：若a n ＝3，则b n ＝0，与题意不符，故a n ＝3⎝ ⎛⎭⎪⎫－12n －3，此时a 2n ＋3＝3·⎝ ⎛⎭⎪⎫－122n，∴b n ＝2n ，符合题意．∴c n ＝42n ·2n ＋2＝1n ·n ＋1＝1n －1n ＋1， 从而c 1＋c 2＋c 3＋…＋c n ＝1－1n ＋1<1.11．成等差数列的三个正数的和等于15，并且这三个数分别加上2,5,13后成为等比数列{b n }中的b 3，b 4，b 5.(1)求数列{b n }的通项公式；(2)数列{b n }的前n 项和为S n ，求证：数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n ＋54是等比数列．解 (1)设成等差数列的三个正数分别为a －d ，a ，a ＋d . 依题意，得a －d ＋a ＋a ＋d ＝15， 解得a ＝5.所以{b n }中的b 3，b 4，b 5依次为7－d,10,18＋d . 依题意，有(7－d )(18＋d )＝100， 解得d ＝2或d ＝－13(舍去)． 故{b n }的第3项为5，公比为2， 由b 3＝b 1·22，即5＝b 1·22， 解得b 1＝54.所以{b n }是以54为首项，2为公比的等比数列，其通项公式为b n＝54·2n －1＝5·2n －3.(2)证明：数列{b n }的前n 项和S n ＝541－2n 1－2＝5·2n －2－54，即S n ＋54＝5·2n －2.所以S 1＋54＝52，S n ＋1＋54S n ＋54＝5·2n －15·2n －2＝2.因此⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n ＋54是以52为首项，2为公比的等比数列．12．[2016·质检]等差数列{a n }的各项均为正数，a 1＝1，前n 项和为S n ；数列{b n }为等比数列，b 1＝1，且b 2S 2＝6，b 2＋S 3＝8.(1)求数列{a n }与{b n }的通项公式； (2)求1S 1＋1S 2＋…＋1S n.解 (1)设等差数列{a n }的公差为d ，d >0，{b n }的公比为q ， 则a n ＝1＋(n －1)d ，b n ＝q n －1.依题意有⎩⎪⎨⎪⎧q 2＋d ＝6，q ＋3＋3d ＝8，解得⎩⎪⎨⎪⎧d ＝1，q ＝2，或⎩⎪⎨⎪⎧d ＝－43，q ＝9.(舍去)故a n ＝n ，b n ＝2n －1.(2)由(1)知S n ＝1＋2＋…＋n ＝12n (n ＋1)，1S n ＝2n n ＋1＝2⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋1， ∴1S 1＋1S 2＋…＋1S n＝2⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫1－12＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12－13＋…＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋1 ＝2⎝ ⎛⎭⎪⎫1－1n ＋1＝2nn ＋1. 第二讲 数列求和及综合应用[重要公式及结论]1．分组求和法：分组求和法是解决通项公式可以写成c n ＝a n ＋b n 形式的数列求和问题的方法，其中{a n }与{b n }是等差(比)数列或一些可以直接求和的数列．2．裂项相消法：将数列的通项分成两个代数式子的差，即a n ＝f (n ＋1)－f (n )的形式，然后通过累加抵消中间若干项的求和方法．形如⎩⎨⎧⎭⎬⎫c a n a n ＋1(其中{a n }是各项均不为0的等差数列，c 为常数)的数列等． 3．错位相减法：形如{a n ·b n }(其中{a n }为等差数列，{b n }为等比数列)的数列求和，一般分三步：①巧拆分；②构差式；③求和．4．倒序求和法：距首尾两端等距离的两项和相等，可以用此法，一般步骤：①求通项公式；②定和值；③倒序相加；④求和；⑤回顾反思．附：(1)常见的拆项公式(其中n ∈N *) ①1n n ＋1＝1n －1n ＋1. ②1n n ＋k ＝1k ⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋k . ③12n －12n ＋1＝12⎝⎛⎭⎪⎫12n －1－12n ＋1. ④若等差数列{a n }的公差为d ，则1a n a n ＋1＝1d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n －1a n ＋1；1a n a n ＋2＝12d ⎝ ⎛⎭⎪⎫1a n －1a n ＋2. ⑤1n n ＋1n ＋2＝12⎣⎢⎡⎦⎥⎤1n n ＋1－1n ＋1n ＋2. ⑥1n ＋n ＋1＝n ＋1－n .⑦1n ＋n ＋k ＝1k(n ＋k －n )．(2)公式法求和：要熟练掌握一些常见数列的前n 项和公式，如 ①1＋2＋3＋…＋n ＝n n ＋12；②1＋3＋5＋…＋(2n －1)＝n 2；③12＋22＋32＋…＋n 2＝16n (n ＋1)(2n ＋1)．[失分警示]1．公比为字母的等比数列求和时，注意公比是否为1的分类讨论．2．错位相减法求和时易漏掉减数式的最后一项． 3．裂项相消法求和时易认为只剩下首尾两项．4．裂项相消法求和时注意所裂式与原式的等价性．考点数列求和问题典例示法题型1 分组转化求和典例1 设数列{a n }满足a 1＝2，a 2＋a 4＝8，且对任意n ∈N *，函数f (x )＝(a n －a n ＋1＋a n ＋2)x ＋a n ＋1cos x －a n ＋2sin x 满足f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫π2＝0.(1)求数列{a n }的通项公式；(2)若b n ＝2⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫a n ＋12a n ，求数列{b n }的前n 项和S n .[解] (1)由题设可得f ′(x )＝a n －a n ＋1＋a n ＋2－a n ＋1sin x －a n ＋2cos x .对任意n ∈N *，f ′⎝ ⎛⎭⎪⎫π2＝a n －a n ＋1＋a n ＋2－a n ＋1＝0，即a n ＋1－a n ＝a n ＋2－a n ＋1，故{a n }为等差数列． 由a 1＝2，a 2＋a 4＝8，解得{a n }的公差d ＝1， 所以a n ＝2＋1·(n －1)＝n ＋1.(2)因为b n ＝2⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫a n ＋12a n＝2⎝⎛⎭⎪⎫n ＋1＋12n ＋1＝2n ＋12n ＋2，所以S n ＝b 1＋b 2＋…＋b n＝(2＋2＋…＋2)＋2(1＋2＋…＋n )＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12＋122＋ (12)＝2n ＋2·n n ＋12＋12⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 1－12＝n 2＋3n ＋1－12n .题型2 错位相减法求和典例2 [2015·高考]设等差数列{a n }的公差为d ，前n 项和为S n ，等比数列{b n }的公比为q .已知b 1＝a 1，b 2＝2，q ＝d ，S 10＝100.(1)求数列{a n }，{b n }的通项公式；(2)当d >1时，记c n ＝a nb n，求数列{c n }的前n 项和T n .[解] (1)由题意有，⎩⎪⎨⎪⎧10a 1＋45d ＝100，a 1d ＝2，即⎩⎪⎨⎪⎧2a 1＋9d ＝20，a 1d ＝2，解得⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝1，d ＝2，或⎩⎪⎨⎪⎧a 1＝9d ＝29.故⎩⎪⎨⎪⎧a n ＝2n －1，b n ＝2n －1，或⎩⎪⎨⎪⎧a n ＝192n ＋79，b n＝9·⎝ ⎛⎭⎪⎫29n －1.(2)由d >1，知a n ＝2n －1，b n ＝2n －1，故c n ＝2n －12n －1，于是T n ＝1＋32＋522＋723＋924＋…＋2n －12n －1，①12T n ＝12＋322＋523＋724＋925＋…＋2n －12n ，② ①－②可得12T n ＝2＋12＋122＋…＋12n －2－2n －12n ＝3－2n ＋32n ，故T n ＝6－2n ＋32n －1.题型3 裂项相消法求和典例3 [2016·统考]设数列{a n }的前n 项和为S n ，对任意正整数n 都有6S n ＝1－2a n .(1)求数列{a n }的通项公式；(2)设b n ＝log 12 a n ，求T n ＝1b 21－1＋1b 22－1＋…＋1b 2n －1.[解] (1)由6S n ＝1－2a n ， 得6S n －1＝1－2a n －1(n ≥2)．两式相减得6a n ＝2a n －1－2a n ，即a n ＝14a n －1(n ≥2)，由6S 1＝6a 1＝1－2a 1，得a 1＝18，∴数列{a n }是等比数列，公比q ＝14，所以a n ＝18·⎝ ⎛⎭⎪⎫14n －1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫122n ＋1.(2)∵a n ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫122n ＋1，∴b n ＝2n ＋1，从而1b 2n －1＝14n n ＋1＝14⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋1. ∴T n ＝14⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫1－12＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12－13＋…＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋1＝14⎝⎛⎭⎪⎫1－1n＋1＝n4n＋1.1．分组求和的常见方法(1)根据等差、等比数列分组．(2)根据正号、负号分组，此时数列的通项式中常会有(－1)n等特征．2．裂项相消的规律(1)裂项系数取决于前后两项分母的差．(2)裂项相消后前、后保留的项数一样多．3．错位相减法的关注点(1)适用题型：等差数列{a n}与等比数列{b n}对应项相乘({a n·b n})型数列求和．(2)步骤：①求和时先乘以数列{b n}的公比．②把两个和的形式错位相减．③整理结果形式．考点数列与函数、不等式的综合问题典例示法题型1 数列与函数的综合典例4 [2014·高考]设等差数列{a n}的公差为d，点(a n，b n)在函数f(x)＝2x的图象上(n∈N*)．(1)若a1＝－2，点(a8,4b7)在函数f(x)的图象上，求数列{a n}的前n项和S n；(2)若a1＝1，函数f(x)的图象在点(a2，b2)处的切线在x轴上的截距为2－1ln 2，求数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫a nb n的前n项和T n.[解](1)由已知得，b7＝2a7，b8＝2a8＝4b7，有2 a8＝4×2 a7＝2a7＋2.解得d＝a8－a7＝2.所以，S n＝na1＋n n－12d＝－2n＋n(n－1)＝n2－3n.(2)f′(x)＝2x ln 2，f′(a2)＝2 a2ln 2，故函数f(x)＝2x在(a2，b2)处的切线方程为y－2 a2＝2 a2ln 2(x－a2)，它在x轴上的截距为a2－1ln 2.由题意得，a2－1ln 2＝2－1ln 2，解得a2＝2.所以d＝a2－a1＝1. 从而a n＝n，b n＝2n.所以T n＝12＋222＋323＋…＋n－12n－1＋n2n，2T n＝11＋22＋322＋…＋n2n－1.因此，2T n－T n＝1＋12＋122＋…＋12n－1－n2n＝2－12n－1－n2n＝2n＋1－n－22n.所以，T n ＝2n ＋1－n －22n.题型2 数列与不等式的综合典例5 [2016·模拟](利用单调性证明不等式)设S n 为数列{a n }的前n 项和，已知a 1＝2，对任意n ∈N *，都有2S n ＝(n ＋1)a n .(1)求数列{a n }的通项公式；(2)若数列⎩⎨⎧⎭⎬⎫4a na n ＋2的前n 项和为T n ，求证：12≤T n <1.[解] (1)因为2S n ＝(n ＋1)a n ， 当n ≥2时，2S n －1＝na n －1，两式相减，得2a n ＝(n ＋1)a n －na n －1， 即(n －1)a n ＝na n －1，所以当n ≥2时，a n n ＝a n －1n －1，所以a n n ＝a 11.因为a 1＝2，所以a n ＝2n . (2)证明：因为a n ＝2n ，令b n ＝4a na n ＋2，n ∈N *，所以b n ＝42n 2n ＋2＝1n n ＋1＝1n －1n ＋1. 所以T n ＝b 1＋b 2＋…＋b n＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1－12＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12－13＋…＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1n －1n ＋1 ＝1－1n ＋1＝n n ＋1.因为1n ＋1>0，所以1－1n ＋1<1.因为f (n )＝1n ＋1在N *上是递减函数，所以1－1n ＋1在N *上是递增的，所以当n ＝1时，T n 取最小值12.所以12≤T n <1.典例 6 [2014·全国卷Ⅱ](利用放缩法证明不等式)已知数列{a n }满足a 1＝1，a n ＋1＝3a n ＋1.(1)证明⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n ＋12是等比数列，并求{a n }的通项公式；(2)证明1a 1＋1a 2＋…＋1a n <32.[证明] (1)由a n ＋1＝3a n ＋1得a n ＋1＋12＝3⎝⎛⎭⎪⎫a n ＋12.又a 1＋12＝32，所以⎩⎨⎧⎭⎬⎫a n ＋12是首项为32，公比为3的等比数列．a n ＋12＝3n 2，因此{a n }的通项公式为a n ＝3n －12.(2)由(1)知1a n ＝23n －1.因为当n ≥1时，3n－1≥2×3n －1，所以13n －1≤12×3n －1.于是1a 1＋1a 2＋…＋1a n ≤1＋13＋…＋13n －1＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫1－13n <32. 所以1a 1＋1a 2＋…＋1a n <32.1．数列与函数、不等式的综合问题的常见题型(1)数列与函数的综合问题主要有以下两类：①已知函数条件，解决数列问题，此类问题一般利用函数的性质、图象研究数列问题；②已知数列条件，解决函数问题，解决此类问题一般要充分利用数列的围、公式、求和方法对式子化简变形．(2)数列常与不等式结合，如比较大小、不等式恒成立、求参数围等问题，需要熟练应用不等式知识解决数列中的相关问题．2．解决数列与函数综合问题的注意点(1)数列是一类特殊的函数，其定义域是正整数集，而不是某个区间上的连续实数，所以它的图象是一群孤立的点．(2)转化以函数为背景的条件时，应注意题中的限制条件，如函数的定义域，这往往是非常容易忽视的问题．(3)利用函数的方法研究数列中相关问题时，应准确构造函数，注意数列中相关限制条件的转化．考点数列的实际应用典例示法典例7 某公司一下属企业从事某种高科技产品的生产．该企业第一年年初有资金2000万元，将其投入生产，到当年年底资金增长了50%.预计以后每年资金年增长率与第一年的相同．公司要求企业从第一年开始，每年年底上缴资金d 万元，并将剩余资金全部投入下一年生产．设第n 年年底企业上缴资金后的剩余资金为a n 万元．(1)用d 表示a 1，a 2，并写出a n ＋1与a n 的关系式；(2)若公司希望经过m (m ≥3)年使企业的剩余资金为4000万元，试确定企业每年上缴资金d 的值(用m 表示)．[解] (1)由题意得a 1＝2000(1＋50%)－d ＝3000－d ， a 2＝a 1(1＋50%)－d ＝32a 1－d ＝4500－52d .a n ＋1＝a n (1＋50%)－d ＝32a n －d .(2)由(1)得a n ＝32a n －1－d＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫32a n －2－d －d ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫322a n －2－32d －d＝…＝⎝ ⎛⎭⎪⎫32n －1a 1－d ⎣⎢⎡⎦⎥⎤1＋32＋⎝ ⎛⎭⎪⎫322＋…＋⎝ ⎛⎭⎪⎫32n －2，整理得a n ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫32n －1(3000－d )－2d ⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫32n －1－1＝⎝ ⎛⎭⎪⎫32n －1(3000－3d )＋2d . 由题意，a m ＝4000，知⎝ ⎛⎭⎪⎫32m －1(3000－3d )＋2d ＝4000，解得d ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫32m －2×1000⎝ ⎛⎭⎪⎫32m －1＝10003m －2m ＋13m －2m .故该企业每年上缴资金d 的值为10003m －2m ＋13m －2m时，经过m (m ≥3)年企业的剩余资金为4000万元．1．数列实际应用中的常见模型(1)等差模型：如果增加(或减少)的量是一个固定量，该模型是等差模型，增加(或减少)的量就是公差．(2)等比模型：如果后一个量与前一个量的比是一个固定的数，该模型是等比模型，这个固定的数就是公比．(3)递推数列模型：如果题目中给出的前后两项之间的关系不固定，随项的变化而变化，应考虑是a n 与a n ＋1的递推关系，还是前n 项和S n 与前n ＋1项和S n ＋1之间的递推关系．2．数列综合应用题的解题步骤(1)审题——弄清题意，分析涉及哪些数学容，在每个数学容中，各是什么问题．(2)分解——把整个大题分解成几个小题或几个“步骤”，每个小题或每个小“步骤”分别是数列问题、函数问题、解析几何问题、不等式问题等．(3)求解——分别求解这些小题或这些小“步骤”，从而得到整个问题的解答．具体解题步骤如下：针对训练某用养老储备金制度．公民在就业的第一年就交纳养老储备金，数目为a1，以后每年交纳的数目均比上一年增加d(d>0)，因此，历年所交纳的储备金数目a1，a2，…是一个公差为d的等差数列．与此同时，国家给予优惠的计息政策，不仅采用固定利率，而且计算复利．这就是说，如果固定年利率为r(r>0)，那么，在第n年末，第一年所交纳的储备金就变为a1(1＋r)n－1，第二年所交纳的储备金就变为a2(1＋r)n－2，…，以T n表示到第n年末所累计的储备金总额．(1)写出T n与T n－1(n≥2)的递推关系式；(2)求证：T n＝A n＋B n，其中{A n}是一个等比数列，{B n}是一个等差数列．解(1)由题意知：n≥2时，T n＝T n－1(1＋r)＋a n，其中a n＝a1＋(n－1)d，∴T n＝T n－1(1＋r)＋a1＋(n－1)d，n≥2.(2)证明：∵T n＝a1(1＋r)n－1＋a2(1＋r)n－2＋…＋a n－1·(1＋r)＋a n，①∴(1＋r)T n＝a1(1＋r)n＋a2(1＋r)n－1＋…＋a n－2(1＋r)3＋a n－1(1＋r )2＋a n (1＋r )，②②－①得rT n ＝a 1(1＋r )n ＋d [(1＋r )n －1＋(1＋r )n －2＋…＋(1＋r )]－a n＝a 1(1＋r )n＋d ·1＋r [1－1＋r n －1]1－1＋r－a 1－(n －1)d ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫a 1＋d r ·(1＋r )n－⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫a 1＋d r ＋dn ，∴T n ＝a 1r ＋d r 2(1＋r )n－⎝⎛⎭⎪⎫a 1r ＋d r 2＋d r n . 令A n ＝a 1r ＋d r 2(1＋r )n，B n ＝－a 1r ＋d r 2－d r n ，则A n ＋1A n ＝1＋r (定值)，B n ＋1－B n ＝－dr(定值)， 即T n ＝A n ＋B n ，其中{A n }是一个等比数列，{B n }是一个等差数列．[全国卷高考真题调研]1．[2015·全国卷Ⅱ]设S n 是数列{a n }的前n 项和，且a 1＝－1，a n ＋1＝S n S n ＋1，则S n ＝________.答案 －1n解析 ∵a n ＋1＝S n ＋1－S n ，∴S n ＋1－S n ＝S n ＋1S n ，又由a 1＝－1，知S n ≠0，∴1S n －1S n ＋1＝1，∴⎩⎨⎧⎭⎬⎫1S n 是等差数列，且公差为－1，而1S 1＝1a 1＝－1， ∴1S n ＝－1＋(n －1)×(－1)＝－n ，∴S n ＝－1n.2．[2016·全国卷Ⅱ]S n 为等差数列{a n }的前n 项和，且a 1＝1，S 7＝28.记b n ＝[lg a n ]，其中[x ]表示不超过x 的最大整数，如[0.9]＝0，[lg 99]＝1.(1)求b 1，b 11，b 101；(2)求数列{b n }的前1000项和．解 (1)设{a n }的公差为d ，据已知有7＋21d ＝28，解得d ＝1. 所以{a n }的通项公式为a n ＝n .b 1＝[lg 1]＝0，b 11＝[lg 11]＝1，b 101＝[lg 101]＝2.(2)因为b n＝⎩⎪⎨⎪⎧0，1≤n <10，1，10≤n <100，2，100≤n <1000，3，n ＝1000，所以数列{b n }的前1000项和为1×90＋2×900＋3×1＝1893.[其它省市高考题借鉴]3．[2016·高考]设数列{a n }的前n 项和为S n .若S 2＝4，a n ＋1＝2S n＋1，n ∈N *，则a 1＝_______，S 5＝_______.答案 1 121解析 由于⎩⎪⎨⎪⎧a 1＋a 2＝4，a 2＝2a 1＋1，解得a 1＝1.由a n ＋1＝S n ＋1－S n ＝2S n ＋1得S n ＋1＝3S n ＋1，所以S n ＋1＋12＝3⎝ ⎛⎭⎪⎫S n ＋12，所以⎩⎨⎧⎭⎬⎫S n ＋12是以32为首项，3为公比的等比数列，所以S n ＋12＝32×3n －1，即S n ＝3n －12，所以S 5＝121.4．[2015·高考]已知数列{a n }是递增的等比数列，a 1＋a 4＝9，a 2a 3＝8，则数列{a n }的前n 项和等于________．答案 2n －1解析 ∵{a n }为递增的等比数列，∴设公比为q ，则q >1. ∵a 2a 3＝8，∴a 1a 4＝8.又∵a 1＋a 4＝9，∴a 1＝1，a 4＝8，∴q ＝2. ∴前n 项和为1×1－2n1－2＝2n －1.5．[2015·高考]数列{a n }满足：a 1＋2a 2＋…＋na n ＝4－n ＋22n －1，n∈N *.(1)求a 3的值；(2)求数列{a n }的前n 项和T n ；(3)令b 1＝a 1，b n ＝T n －1n ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12＋13＋…＋1n a n (n ≥2)，证明：数列{b n }的前n 项和S n 满足S n <2＋2ln n .解 (1)由题意，知3a 3＝(a 1＋2a 2＋3a 3)－(a 1＋2a 2)＝4－3＋223－1－⎝⎛⎭⎪⎫4－2＋222－1＝34，∴a 3＝14.(2)由条件知，na n ＝(a 1＋2a 2＋…＋na n )－[a 1＋2a 2＋…＋(n －1)a n －1]＝⎝⎛⎭⎪⎫4－n ＋22n －1－⎝ ⎛⎭⎪⎫4－n ＋12n －2(n ≥2)，∴na n ＝n2n －1， ∴a n ＝12n －1.又a 1＝4－320＝1时也符合此式，∴a n ＝12n －1(n ∈N *)．∴T n ＝1＋12＋…＋⎝ ⎛⎭⎪⎫12n －1＝1×⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 1－12＝2－12n －1.(3)证明：依题意，得b n ＝a 1＋a 2＋…＋a n －1n ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12＋…＋1n a n ，b 1＝a 1，b 2＝a 12＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12a 2，b 3＝a 1＋a 23＋⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12＋13a 3，∴S n ＝b 1＋b 2＋…＋b n＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12＋…＋1n (a 1＋a 2＋…＋a n )＝⎝⎛⎭⎪⎫1＋12＋…＋1n T n＝⎝⎛⎭⎪⎫1＋12＋…＋1n ⎝ ⎛⎭⎪⎫2－12n －1<2×⎝ ⎛⎭⎪⎫1＋12＋…＋1n .记f (x )＝ln x ＋1x－1(x >1)，则f ′(x )＝1x －1x 2＝x －1x2>0，∴f (x )在(1，＋∞)上是增函数． 又f (1)＝0，即f (x )>0， 又k ≥2且k ∈N *时，kk －1>1，∴f ⎝ ⎛⎭⎪⎫k k －1＝ln k k －1＋1k k －1－1>0， 即ln kk －1>1k，∴12<ln 21，13<ln 32，…，1n <ln n n －1， 即有12＋13＋…＋1n <ln 21＋ln 32＋…＋ln n n －1＝ln n ，∴2×⎝⎛⎭⎪⎫1＋12＋13＋…＋1n <2＋2ln n ，即S n <2＋2ln n .一、选择题1．[2016·测试]在数列{a n }中，若a 1＝2，且对任意正整数m ，k ，总有a m ＋k ＝a m ＋a k ，则{a n }的前n 项和S n ＝( )A ．n (3n －1) B.n n ＋32 C ．n (n ＋1) D.n 3n ＋12答案 C解析 依题意得a n ＋1＝a n ＋a 1，即有a n ＋1－a n ＝a 1＝2，所以数列{a n }是以2为首项、2为公差的等差数列，a n ＝2＋2(n －1)＝2n ，S n ＝n 2＋2n2＝n (n ＋1)，选C.2．[2016·质检]正项等比数列{a n }中的a 1、a 4031是函数f (x )＝13x 3－4x 2＋6x －3的极值点，则log 6a 2016＝( )A ．1B ．2 C. 2 D ．－1答案 A解析 因为f ′(x )＝x 2－8x ＋6，且a 1、a 4031是方程x 2－8x ＋6＝0的两根，所以a 1·a 4031＝a 22016＝6，即a 2016＝6，所以log 6a 2016＝1，故选A.3．[2016·一模]已知数列{a n }的通项公式为a n ＝(－1)n (2n －1)·cosn π2＋1(n ∈N *)，其前n 项和为S n ，则S 60＝( )A ．－30B ．－60C ．90D ．120答案 D解析 由题意可得，当n ＝4k －3(k ∈N *)时，a n ＝a 4k －3＝1；当n ＝4k －2(k ∈N *)时，a n ＝a 4k －2＝6－8k ；当n ＝4k －1(k ∈N *)时，a n ＝a 4k－1＝1；当n ＝4k (k ∈N *)时，a n ＝a 4k ＝8k .∴a 4k －3＋a 4k －2＋a 4k －1＋a 4k ＝8，∴S 60＝8×15＝120.故选D.4．某年“十一”期间，十家重点公园举行免费游园活动，公园免费开放一天，早晨6时30分有2人进入公园，接下来的第一个30分钟有4人进去1人出来，第二个30分钟有8人进去2人出来，第三个30分钟有16人进去3人出来，第四个30分钟有32人进去4人出来……按照这种规律进行下去，到上午11时30分公园的人数是( )A ．211－47B ．212－57C ．213－68D ．214－80答案 B解析 由题意，可知从早晨6时30分开始，接下来的每个30分钟进入的人数构成以4为首项，2为公比的等比数列，出来的人数构成以1为首项，1为公差的等差数列，记第n 个30分钟进入公园的人数为a n ，第n 个30分钟出来的人数为b n 则a n ＝4×2n －1，b n ＝n ，则上午11时30分公园的人数为S ＝2＋41－2101－2－101＋102＝212－57.5．已知曲线C ：y ＝1x(x >0)及两点A 1(x 1,0)和A 2(x 2,0)，其中x 2>x 1>0.过A 1，A 2分别作x 轴的垂线，交曲线C 于B 1，B 2两点，直线B 1B 2与x 轴交于点A 3(x 3,0)，那么( )A ．x 1，x 32，x 2成等差数列B ．x 1，x 32，x 2成等比数列C ．x 1，x 3，x 2成等差数列D ．x 1，x 3，x 2成等比数列答案 A解析 由题意，得B 1，B 2两点的坐标分别为⎝⎛⎭⎪⎫x 1，1x 1，⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2，1x 2.所以直线B 1B 2的方程为y ＝－1x 1x 2(x －x 1)＋1x 1，令y ＝0，得x ＝x 1＋x 2， 所以x 3＝x 1＋x 2，因此，x 1，x 32，x 2成等差数列．6．[2016·模拟]设无穷数列{a n }，如果存在常数A ，对于任意给定的正数ε(无论多小)，总存在正整数N ，使得n >N 时，恒有|a n －A |<ε成立，就称数列{a n }的极限为A .则四个无穷数列：①{(－1)n ×2}；②⎩⎨⎧⎭⎬⎫11×3＋13×5＋15×7＋…＋12n －12n ＋1；。